Çukurova Ünİversİtesİ fen bİlİmlerİ enstİtÜsÜ ...göre ince kristalli olduğunu, birim...

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

YÜKSEK LİSANS TEZİ

Çağatay TURAN

AKARCA KÖYÜ (HATAY) KİREÇTAŞLARININ HAMMADDE ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ VE KALSİNASYON DAVRANIŞININ İNCELENMESİ

MADEN MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

ADANA, 2010


AKARCA KÖYÜ (HATAY) KİREÇTAŞLARININ HAMMADDE

ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ VE KALSİNASYON DAVRANIŞININ İNCELENMESİ

Çağatay TURAN

YÜKSEK LİSANS TEZİ


Bu Tez 03/05/2010 Tarihinde Aşağıdaki Jüri Üyeleri Tarafından Oyçokluğu/Oybirliği ile Kabul Edilmiştir.

……………………… ………………………. ………………………………… Prof. Dr. Mesut ANIL Doç. Dr. Suphi URAL Doç. Dr. Ahmet Mahmut KILIÇ Üye Üye Üye

…………………….. ………………………………………….. Doç. Dr. Özen KILIÇ Yrd. Doç. Dr. Nergis KILINÇ MİRDALI Danışman Üye Bu Tez Enstitümüz Maden Mühendisliği Anabilim Dalı’nda hazırlanmıştır. Kod No:

Prof. Dr. İlhami YEĞİNGİL Enstitü Müdürü

Bu Tez Çukurova Üniversitesi Araştırma Fonu Tarafından Desteklenmiştir. Proje No: MMF2009YL54Tez Çukurova Üniversitesi Araştırma Fonu Tarafından mişti. Proje No: MMF2009YL55 Not: Bu tezde kullanılan özgün ve başka kaynaktan yapılan bildirişlerin, çizelge, şekil ve fotoğrafların

kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri Kanunu’ndaki hükümlere tabidir.

I

ÖZ YÜKSEK LİSANS TEZİ

AKARCA KÖYÜ (HATAY) KİREÇTAŞLARININ HAMMADDE ÖZELLİKLERİNİN BELİRLENMESİ VE KALSİNASYON

DAVRANIŞININ İNCELENMESİ

Çağatay TURAN



Danışman: Doç. Dr. Özen KILIÇ Yıl: 2010, Sayfa: 55

Jüri: Prof. Dr. Mesut ANIL Doç. Dr. Suphi URAL

Doç. Dr. Ahmet Mahmut KILIÇ Doç. Dr. Özen KILIÇ Yrd. Doç. Dr. Nergis KILINÇ MİRDALI

Bu tezde, Akarca Köyü (Hatay) kireçtaşlarından örnekler alınmış ve deneyler

yapılmıştır. Sahada iki çeşit kireçtaşı varlığı (açık ve koyu renkli) tespit edilmiştir. Deneylerde, kireçtaşlarının kimyasal, petrografik, mineralojik, fizikomekanik ve kalsinasyon özellikleri belirlenmiştir.

Analiz sonuçları açık renkli kireçtaşlarının >%98 CaCO3 içerdiğini, safsızlıkların (SiO2, Fe2O3, Al2O3) oldukça düşük olduğunu, petrografik incelemelere göre ince kristalli olduğunu, birim hacım ağırlığının 2,55 g/cm3’ten büyük, tek eksenli basma dayanımının >50 MPa, Los Angeles aşınma deneyi aşınma kaybı sonuçlarının %90 CaCO3 içerdiği, safsızlıkların (SiO2, Fe2O3, Al2O3, MgCO3) oldukça yüksek olduğu, fiziko-mekanik özelliklerinin açık renkli kireçtaşlarına yakın değerler segilediği, fakat kalsinasyon şartlarını sağlamadığı tespit edilmiştir.

Deney sonuçları Akarca Köyü (Hatay) açık renkli kireçtaşlarının agrega, kireç, cam ve refrakter üretimi için, koyu renkli kireçtaşlarının yapı malzemesi olarak kullanılabilir olduğunu göstermektedir. Anahtar Kelimeler: Kireçtaşı, Agrega, Kalsinasyon, Kireç

II

ABSTRACT MSc THESIS

DETERMINATION OF RAW MATERIAL PROPERTIES AND INVESTIGATION OF CALCINATION BEHAVIOUR OF AKARCA

VILLAGE (HATAY) LIMESTONES

Çağatay TURAN DEPARTMENT OF MINING ENGINEERING

INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF CUKUROVA

Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Özen KILIÇ Year: 2010, Page: 55 Jury: Prof. Dr. Mesut ANIL Assoc. Prof. Dr. Suphi URAL Assoc. Prof. Dr. Ahmet Mahmut KILIÇ Assoc. Prof. Dr. Özen KILIÇ Asst. Prof. Dr. Nergis KILINÇ MİRDALI

In this thesis, the limestone samples were taken from Akarca Village (Hatay) and experiments were performed. Two type limestones (light and dark color) were defined in the study area. At the tests, the chemical, petrographical, mineralogical, physico-mechanical and thermal properties of the limestones were determined.

The results of the analysis have showed that light-colored limestones contain >%98 CaCO3, low impurities (SiO2, Fe2O3, Al2O3), fine crystal structure according to petrographical analysis, unit volume weight higher than 2,55 g/cm3, compressive strength >50 MPa, lower than %30 loss of wear results for Los Angeles Abrassive Test and comply with the conditions of the calcination. Dark-colored limestones contain >%90 CaCO3, high impurities (SiO2, Fe2O3, Al2O3, MgCO3), physico-mechanical properties have values closer to the light-colored limestones, but don’t comply with the conditions of the calcination were determined.

Test results show that Akarca Village (Hatay) light-colored limestones can be used for aggregate, lime, glass and refractory material production and the dark-colored limestones as building material. Key Words: Limestone, Aggregate, Calcination, Lime

III

TEŞEKKÜR

Çukurova Üniversitesi Maden Mühendisliği Bölümü Anabilim Dalı’nda

yapmış olduğum Yüksek Lisans çalışmamda bilgi ve tecrübeleriyle beni yönlendiren,

karşılaştığım sorunlara çözüm üreterek, çalışmalarımın olabildiğince sağlıklı

sürmesini sağlayan değerli danışman hocam Sayın Doç. Dr. Özen KILIÇ’a teşekkürü

bir borç bilirim.

Deneysel çalışmalarımda, yardımlarını esirgemeyen, çalışmanın çeşitli

aşamalarında bana destek olan Sayın Arş. Gör. Mehmet TÜRKMENOĞLU’na,

Sayın Arş. Gör. Ahmet TEYMEN’e, ince kesitlerimin petrografik tanımlamasını

yapan Sayın Prof. Dr. Cengiz YETİŞ’e, Maden Mühendisleri

Sayın Sare YURDAKUL ve Sayın Seyhan AKTEPE’ye teşekkürlerimi sunarım.

Her zaman bana en büyük maddi ve manevi desteği vererek hiçbir yardımı

esirgemeyen aileme ve emeği geçen tüm sevdiklerime saygı ve teşekkürlerimi

sunarım.

IV

İÇİNDEKİLER SAYFA

ÖZ .................................................................................................................. I

ABSTRACT ....................................................................................................... II

TEŞEKKÜR ....................................................................................................... III

İÇİNDEKİLER ................................................................................................... IV

ÇİZELGELER DİZİNİ ....................................................................................... VII

ŞEKİLLER DİZİNİ ............................................................................................ VIII

1. GİRİŞ .............................................................................................................. 1

2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR ................................................................................ 3

3. KİREÇTAŞI .................................................................................................... 5

3.1. Kireçtaşının Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri ............................................ 7

3.1.1. Fiziksel Özellikler ............................................................................ 7

3.1.2. Kimyasal Özellikler ......................................................................... 8

3.2. Kireçtaşının Kullanım Alanları .................................................................. 9

3.2.1. İnşaat ve Yapı .................................................................................. 9

3.2.2. Doğal Yapı Taşı Olarak Kullanımı ................................................... 11

3.2.3. Çimento ........................................................................................... 12

3.2.4. Kireç Üretimi ................................................................................... 13

3.2.5. Metalürji .......................................................................................... 14

3.2.6. Cam Endüstrisi................................................................................. 14

3.2.7. Seramik Endüstrisi ........................................................................... 15

3.2.8. Çevre ............................................................................................... 15

3.2.9. Kağıt Sanayi .................................................................................... 17

3.2.10. Tarım ............................................................................................. 17

3.2.11. Boya Sanayi ................................................................................... 17

3.2.12. Şeker Sanayi .................................................................................. 17

3.2.13. Kimya Sanayi................................................................................. 18

3.2.14. İlaç Sanayi ..................................................................................... 18

3.2.15. Kömür Ocaklarında Kullanım ........................................................ 18

3.2.16. Diğer Endüstriyel Kullanım Alanları .............................................. 18

V

3.3. Kireçtaşı ve Dolomitin Termal Bozunma Süreci ........................................ 18

3.3.1. Isıtma Sırasında Tanecik Yapısında Oluşan Değişimler .................... 20

3.3.2. Tane Boyutunun Etkisi ..................................................................... 20

3.3.3. Sıcaklık ve Sürenin Etkisi ................................................................ 21

3.3.4. Ağırlık Kaybı ve Gözeneklilik.......................................................... 23

3.3.5. Safsızlıkların Etkisi .......................................................................... 23

3.3.6. Tüketilen Enerji ............................................................................... 24

3.4. Türkiye Kireçtaşı Potansiyeli ..................................................................... 25

4. MATERYAL VE METOD .............................................................................. 27

4.1. Materyal .................................................................................................... 27

4.2. Bölge Jeolojisi ........................................................................................... 30

4.3. Metod ........................................................................................................ 31

4.3.1. Kimyasal Analiz .............................................................................. 31

4.3.2. Petrografik Analiz ............................................................................ 31

4.3.3. Fiziksel Özellikler ............................................................................ 32

4.3.3.1. Birim Hacim Ağırlık ........................................................... 32

4.3.3.2. Su Emme Oranı ................................................................... 32

4.3.3.3. Görünür Porozite ................................................................. 33

4.3.4. Mekanik Özellikler .......................................................................... 33

4.3.4.1. Tek Eksenli Basma Dayanımı ............................................. 34

4.3.4.2. Nokta Yük Dayanımı .......................................................... 35

4.3.4.3. Eğilme Dayanımı ................................................................ 37

4.3.4.4. Aşınma (Böhme) Dayanımı ................................................. 38

4.3.4.5. Los Angeles Aşınma Dayanımı ........................................... 39

4.3.5. Kalsinasyon Çalışmaları ................................................................... 39

5. ARAŞTIRMA BULGULARI .......................................................................... 41

5.1. Kimyasal Analiz ........................................................................................ 41

5.2. Petrografik İnceleme ................................................................................. 42

5.3. Fiziksel Özellikler ..................................................................................... 42

5.4. Mekanik Özellikler .................................................................................... 45

5.5. Kalsinasyon Çalışmaları ............................................................................ 46

VI

6. SONUÇLAR ................................................................................................... 49

KAYNAKLAR .................................................................................................... 51

ÖZGEÇMİŞ ........................................................................................................ 55

VII

ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA

Çizelge 3.1. Kalsiyum karbonat içeriğine göre sınıflama ..................................... 6

Çizelge 3.2. Kireçtaşının yapısına göre sınıflandırılması ...................................... 7

Çizelge 3.3. Ürünün tane boyutuna göre kireçtaşlarının kullanım alanları ve

aranan teknolojik özellikler .............................................................. 10

Çizelge 3.4. Kayaçların doğal yapı taşı olarak kullanılabilmesi için sahip

olmaları gereken fiziksel ve mekanik özelliklerinin sınır değerleri .... 12

Çizelge 3.5. Baca gazı arıtımında kullanılan kireçtaşlarının teknik özellikleri ..... 16

Çizelge 3.6. Türkiye’deki kalker oluşumlarının bölgelere dağılımı....................... 25

Çizelge 5.1. Kireçtaşı örneklerinin kimyasal analiz sonuçları ............................... 41

Çizelge 5.2. Kireçtaşlarının fiziksel özellikleri ..................................................... 45

Çizelge 5.3. Kireçtaşlarının mekanik özellikleri ................................................... 45

Çizelge 5.4. Kireçtaşlarından alınan 10 g’lık örneklerin CaO’ya dönüşümleri ...... 46

Çizelge 5.5. Tane boyutunun pişmeye etkisi ........................................................ 47

VIII

ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA

Şekil 3.1. Kireçtaşı işletmelerinin bölgelere dağılımı ........................................... 25

Şekil 4.1. Akarca kireçtaşları ............................................................................... 27

Şekil 4.2. İnceleme alanında açık ve koyu renkli kireçtaşlarının görünümü .......... 28

Şekil 4.3. Kireçtaşlarının sahada görünümü ......................................................... 28

Şekil 4.4. Deneylerde kullanılan açık renkli kireçtaşları ....................................... 29

Şekil 4.5. Deneylerde kullanılan koyu renkli kireçtaşları ...................................... 29

Şekil 4.6. Kireçtaşı örneklerinin deneyler için hazırlanması ................................. 34

Şekil 4.7. Basınç mukavemeti deneyi için kullanılan ekipman ............................. 36

Şekil 4.8. Nokta yük deneyi ................................................................................. 36

Şekil 4.9. Eğilme dayanımı deneyi ....................................................................... 37

Şekil 4.10. Sürtünme ile aşınma kaybı (böhme) deneyi ........................................ 38

Şekil 4.11. Isı kontrollü laboratuar fırınında kalsinasyon çalışmaları .................... 40

Şekil 5.1. Kireçtaşlarının makroskopik görüntüsü ................................................ 43

Şekil 5.2. Kırıklara dolmuş spari kalsit dolgu görünümü ...................................... 43

Şekil 5.3. Kataklastik görünümü .......................................................................... 44

Şekil 5.4. Koyu renkli kireçtaşlarındaki spari kalsit dolgu .................................... 44

1. GİRİŞ Çağatay TURAN

1

1. GİRİŞ

Kireçtaşı çok eski çağlardan beri kullanıldığı bilinen ve daha uzun yıllar

kullanılacak, inşaat sektöründen tarım sektörüne birçok sektörde yaygın kullanım

alanına sahip, çok önemli bir tortul kayaçtır.

Kimyasal bileşiminde asgari %90 kalsiyum karbonat (CaCO3) bulunan tortul

kayaçlara kalker ya da kireçtaşı adı verilmektedir. Ayrıca mineralojik bileşiminde

asgari %90 kalsit minerali bulunan kayaçlara da kalker adı verilmektedir.

Doğada bol miktarda bulunan kireçtaşı, karbonatlı tortul kayaç ve fosiller için

kullanılan genel bir deyim olup, yapısında prensip olarak kalsiyum karbonat veya

kalsiyum karbonat/magnezyum karbonat bileşikleri (CaCO3/MgCO3) kombine halde

bulunur. Bunun yanı sıra içinde değişik oranlarda demir, alüminyum, silisyum,

kükürt gibi safsızlıklara da rastlanabilir. Dünya’da çok çeşitli formasyon ve tiplerde

kireçtaşı mevcuttur. Bunlar orijin, jeolojik formasyon, mineralojik yapı, kristal

yapısı, kimyasal bileşim, renk ve sertlik özelliklerine göre gruplandırılır (örneğin

tebeşir, marn, traverten gibi). İçindeki MgCO3 miktarının % 20-40 arasında olması

durumunda ise kireçtaşı, rhombohedral yapıdaki dolomit (CaMg(CO3)2) adını alır.

Kalker, saf halde kalsit ve çok az miktarda aragonit kristallerinden oluşur.

Kalsit ve aragonit kalsiyum karbonatın iki ayrı kristal şekli olup teorik olarak %56

CaO ve %44 CO2 ihtiva eder. Ancak tabiatta hiçbir zaman saf olarak bulunmaz.

İkinci derecede değişik madde ve bileşiklerin içinde yer alması nedeniyle orjinal

halde sarı, kahverengi ve siyah renklerde görülebilmektedir. Kalkerin sertlik derecesi

3, özgül ağırlığı 2,5-2,7 g/cm3 arasındadır. Bu özellikleri itibarı ile kimyasal

değişmeye, kırılmaya ve yontulmaya çok elverişlidirler.

Kireçtaşının şu dört önemli özelliğinin altı çizilmelidir:

• Kirecin ana hammaddesidir. İlk çağlardan beri elde edilmiş ve kullanılmış

kireç, doğrudan kireçtaşının bir ürünüdür.

• Mermerlerin yapıcı taşlarıdır. Başlangıçta kireçtaşı tabakaları ve serileri

olan kayaç yığınları, metamorfizma geçirerek, yani yüksek basıncın, sıcaklığın ve

geçen uzun zamanın etkisi ile değişerek mermere dönüşmüşlerdir.

1. GİRİŞ Çağatay TURAN

2

• İlk insandan günümüze kadar bütün evler, yollar ve köprülerde yani

yapılaşmış tüm birimlerde en büyük oranda kullanılan madde kireçtaşıdır.

• Çimentonun, asfaltın keşfinden beri, çimento üretiminde %60 oranında ana

hammadde olarak; beton dökümünde ve asfaltlı yol yapımında ise, çimento harcına

ve asfalta karıştırılan mıcır olarak bol miktarda kullanılmaktadır (Önem, 1997).

Kireçtaşı kullanım alanları; kireç, çimento, inşaat, mermer, cam, kimya, kağıt,

plastik, kauçuk, şeker endüstrileri ile metalürji, refrakter malzeme olarak verilebilir.

Türkiye'de özellikle son yıllarda nüfus artışına paralel olarak inşaat sektörünün hız

kazanması ile kireçtaşı kullanımında büyük bir artış görülmektedir. Kireçtaşlarının

maden kanunu kapsamına alınması ile ocaklar kontrol altına alınarak daha bilinçli

üretim yapılmaya başlanmıştır.

Yapılacak tez çalışması kapsamında, Akarca Köyü (Hatay) kireçtaşlarının

hammadde özelliklerinin belirlenmesi amacıyla sahadan alınan örneklerin kimyasal,

mineralojik, fizikomekanik özellikleri (birim hacim ağırlık, su emme, porozite

(gözeneklilik) tek eksenli basma dayanımı, nokta yük, Los Angeles aşınma vb.) ve

kalsinasyon özellikleri araştırılmış ve bulunan özellikler doğrultusunda

kireçtaşlarının kullanım alanları belirlenmiştir.

2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Çağatay TURAN

3

2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR

Aksay ve ark. (1988) Amanos Dağları’nda çalışma sahasında en yaygın

olarak izlenen Alt Kretase yaşlı birimler üzerinde genel jeojojik incelemelerde

bulunmuşlardır.

Koç ve Değer (1991) yaptıkları çalışmada Payas (Hatay) Bölgesi’ndeki

boksitli demir cevherleşmelerinin oluşumunu incelemişler ve inceleme bölgesi

tabanının Alt Triyas-Alt Jura yaşlı kalınlığı 400 m’ye kadar olan dolomit ve

dolomitik kireçtaşlarından oluştuğunu belirlemişlerdir. Bu birim üzerine uyumsuz

olarak kireçtaşı ve dolomitleşmiş, kireçtaşlarıyla temsil olunan Alt Kretase yaşlı

birimler (Karadağ kireçtaşları) geldiğini belirlemişlerdir. Ayrıca bölgede orta

Miyosen yaşlı konglomera, kumtaşı ve kireçtaşlarından oluşan bu istifin uyumsuz

olarak olistostrom istifleri üzerine çökeldiğini belirtmişlerdir.

Koç ve Değer (1992) yaptıkları çalışmada karstik Payas (Hatay)

cevherleşmelerinin kaynağına yönelik jeokimyasal incelemelerde bulunmuşlar ve

cevherleşmeyi sağlayan elementlerin kökenini iki farklı kaynağa bağlamışlardır.

İncelemelerinde bölgede gözlenen cevherleşmenin (Al ve Fe) ultrabazik kayaçların

lateritleşmesiyle ve yeniden çökelmesiyle oluştuğunu vurgulamışlar ve buna karşılık

erime boşlukları, atmosferik etkiler altında kurumaya bağlı olarak gelişen çatlak

sistemleri ve mikrokarstik şekillerin bol miktarda bulunuşunun, karstik ortamı işaret

eden veriler olduğunu belirlemişlerdir.

Kırıkoğlu (1996) yapmış olduğu çalışmada endüstriyel kullanım açısından

karbonat kayaçlarını değerlendirmiştir.

Çiçek (1999) çalışmasında kireç üretim teknolojisi, Türkiye’de kireç üretimi

ve kirecin kullanım alanlarına değinmiş ve sonuç olarak da Türkiye’de olmayan ve

ancak ülkemizin kalkınması açısından üzerinde durulması gereken kirece dayalı bazı

teknolojilere örnekler vermiştir.

Erdoğan (2001)’de yaptığı çalışmasında, Çukurova bölgesindeki kayaçların

mühendislik özelliklerini belirlemiş ve yapı kaplamacılıkta kullanılabilirliğini

araştırmıştır. Bu amaçla 7 farklı yapı ve kaplama kayacının fiziko-mekanik

özelliklerini belirlemiş ayrıca ısıya dayanıklılıkları üzerinde çalışmıştır.

2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR Çağatay TURAN

4

Yaşar ve Erdoğan (2002) Adana ve yöresinde inşaat sektöründe yaygın olarak

kullanılan 6 farklı yapı ve kaplama kayacı üzerinde yapılan Schmidt ve Shore sertlik

değerleri ile fizikomekanik özellikleri arasında istatistiksel ilişkileri tespit amaçlı

çalışmalarında, porozite ve darbe dayanım değerlerinin korelasyon katsayısının

düşük olduğunu belirlemiş ve bunu kayaç içerisindeki boşlukların varlığına

bağlamışlardır.

Yaşar ve Erdoğan (2003) yaptıkları diğer bir çalışmada, Çukurova

Bölgesi’nde 8 farklı yapı ve kaplama kayaçlarında P dalga hızının fiziko-mekanik

özelliklerle olan ilişkisini incelemiş ve kayaç yapısında bulunan süreksizliklerin ve

boşlukların dalga iletim hızlarını olumsuz yönde etkilediğini ve bu olumsuzlukların

kayacın dayanımında meydana gelen azalma ile de kendini gösterdiğini

belirtmişlerdir. Dalga hızlarına bağlı olarak belirlenen ampirik bağlantılar ile

kayaçların diğer mekanik özelliklerinin tahmin edilebildiğini belirtmişlerdir.

Yılmaz ve Safel (2004)’e göre, doğal yapı taşları, petrografik ve teknolojik

yönlerden yapılarda kullanılmaya elverişli olan, çeşitli minerallerin bir araya

gelmesiyle doğal olarak meydana gelen mineral topluluğudur. Doğal taşların

duvarlarda kullanılmasıyla mimari yönden estetik görünümler elde edilebilir. Doğal

taşlar renk, doku yönüyle yapılara çeşitli özellikler kazandırmasının yanında, kaplama

ve taşıyıcı bir eleman olarak da kullanılabilir.

Kekeç ve ark. (2004) yaptıkları çalışmada, kayaçların doku özellikleri ile

kırılma ve öğütülme özellikleri arasındaki ilişkileri incelemişlerdir. Çalışmalarında

mermer granit traverten ve andezit olmak üzere 4 çeşit kayaç kullanmışlardır.

Kayaçların petrografik, mekanik ve kırılma özelliklerini belirlemek için kayaçlara

sertlik, gözeneklilik, nem içeriği, yoğunluk, nokta yükleme dayanımı, petrografik

analizler ve kırılma öğütülme deneyleri uygulamışlardır.

Kılıç (2005), Çukurova Bölgesi kireçtaşları üzerinde yaptığı çalışma ile

kireçtaşlarının hammadde özelliklerini belirlemiş, kireçtaşlarının kalsinasyon

davranışlarını ve kalsinasyon kinetiğini incelemiş ve kireç üretimi gerçekleştirilen

fırınlarını değerlendirmiş ve uygun yakma ortamları (fırınlar) hakkında yapılabilecek

modernizasyon çalışmalarını ise vurgulamıştır.

3. KİREÇTAŞI Çağatay TURAN

5

3. KİREÇTAŞI

Kimyasal bileşiminde en az %90 CaCO3 (kalsiyum karbonat) içeren

kayaçlara kalker ya da kireçtaşı adı verilmektedir. Ayrıca kireçtaşı terimi, kimyasal

bileşiminde %90’a kadar CaCO3, minerolojik bileşiminde ise %90’a kadar kalsit

içeren kayaçlar için de yerbilimciler tarafından kullanılmaktadır (DPT, 2001).

Kireçtaşı kimyasal ve organik etkilerle akarsularda çöken maddelerin oluşturduğu bir

kayaçtır. Bütün jeologlar kireçtaşının safsızlıklar hariç, kalsit, aragonit, dolomit ve

manyezit gibi dört ana mineralden oluştuğunu belirtmektedir (Boynton, 1980; Önem,

1997). Kalsiyum karbonat (CaCO3) maden yatağını oluşturan tüm mineraller

kristallendikten sonra kristallenmektedir (Grout, 1932; Betechtin, 1957).

Kalker saf halde kalsit ve çok az miktarda aragonit kristallerinden oluşur.

Kalsit ve aragonit kalsiyum karbonatın iki ayrı kristal şekli olup, teorik olarak %56

CaO ve %44 CO2 içerir. Ancak doğada hiçbir zaman saf olarak bulunmaz. İkincil

derecede değişik madde ve bileşiklerin içinde yer alması nedeniyle orjinal halde sarı

renkli olup, kahverengi ve siyah renklerde de görülebilmektedir. Yeraltı sularında

travertenler şeklinde, deniz ya da tatlı sularda ise kimyasal, organik veya mekanik

çökelme sonucu kalker yatakları oluşur. Oluşum süreçlerinden de anlaşılacağı üzere

kalker iki ana grupta toplanabilmektedir. Organik ve kimyasal kireçtaşları otokton,

klastik kireçtaşları ise allokton olarak kabul edilmektedir. Yaygın olarak oluşan

kireçtaşlarının çoğu organik, detritik ve kimyasal materyaller ihtiva etmektedir

(DPT, 2001).

Kalsit (hegzagonal CaCO3) ve aragonit (ortorombik CaCO3) kristallerinin her

ikisi de genç kireçtaşı oluşumlarında yer alabilmektedir. Aragonit kristallerinin kalsit

kristallerine daha kolay dönüşebilmesi nedeniyle eski kireçtaşı oluşumlarında

aragonit kristalleri bulmak güçtür.

Kalkerler hangi yolla oluşurlarsa oluşsunlar, doğada bulundukları durumları

ile bileşimlerinde kalsiyumkarbonatın yanı sıra; mağnezyum karbonat, kil

mineralleri, demir silikat-oksit ve sülfürleri, silikat asidi (SiO2) gibi bileşikler

içerirler. Bu bileşiklerin bir kısmı kalker oluşumu esnasında ve oluşum ortamının

koşullarına bağlı olarak gelebildiği gibi diyajenez esnasında ve etkenleri ile de


6

gelebilir. Bu durumda kökene bağlı olarak içerdikleri primer safsızlıkları

oluştururlar. Kalker oluşumunun tamamlanmasından sonra gelen safsızlıklar ise daha

çok orojenik-epirojenik hareketler metamorfizma, tektonizma, metazomatik ve

atmosferik olaylar ile oluşan sekonder safsızlıklar olmaktadır. Bütün bu safsızlıklar

ile gerek minerolojik gerekse kimyasal bileşim açısından görülen değişiklikler

yanında yapı ve dokularına ilişkin kalkerlerin gösterdikleri ayrıcalıklar niteliklerini

oluşturur. İçerdikleri maddelere göre kalkerler, nitelikleri esas alınıp oluştuğu

bölgeye, kimyasal bileşimine, yapısına ve jeolojik oluşumuna göre sınıflanmış ve

verilen adlandırmalarla çeşitlere ayrılmıştır (Boynton, 1980). Kireçtaşları kalsiyum

içeriği yüksek kireçtaşı ve magnezyum içeriği yüksek kireçtaşı olmak üzere başlıca

iki sınıfa ayrılabilmektedir. Kireçtaşlarının kalsiyum karbonat içeriğine göre

sınıflandırılması Çizelge 3.1’de verilmiştir. Kireçtaşının bir sınıflama yöntemi de

ortalama tane büyüklüğünün ölçü olarak alınmasıdır. Buna göre;

• Mikro taneli kireçtaşı: ebat 4 mikron’dan küçük

• İnce taneli kireçtaşı: ebat 4-50 mikron

• Orta büyüklükte kireçtaşı: ebat 50-250 mikron

• İri taneli kireçtaşı: ebat 250 mikron’dan büyük

Bunun dışında kireçtaşının tekstür yapısını, ana safsızlık oranlarını (karbonlu,

demirli vb.) mikro yapısını baz alan sınıflama yöntemleri de vardır. Karbonat

kayaçların sınıflamasında en çok Folk (1962) ve Dunham (1962) sınıflamaları

kullanılmaktadır. Yapısına göre kireçtaşları Çizelge 3.2’deki gibi

sınıflanabilmektedir (DPT, 1996).

Çizelge 3.1. Kalsiyum karbonat içeriğine göre sınıflama (DPT, 2001) Kayaç Adı Bileşimi

Çok yüksek kalsiyumlu kireçtaşı En az %97 CaCO3

Yüksek kalsiyumlu kireçtaşı En az %95 CaCO3

Yüksek karbonatlı kireçtaşı En az %95 CaCO3+MgCO3

Kalsitik kireçtaşı %5 MgCO3

Magnezyum kireçtaşı %5-20 MgCO3

Dolomitik kireçtaşı %20-40 MgCO3

Yüksek magnezyumlu dolomit %40-46 MgCO3


7

Çizelge 3.2. Kireçtaşının yapısına göre sınıflandırılması

3.1. Kireçtaşının Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

3.1.1. Fiziksel Özellikler

Molekül Ağırlığı: CaCO3 :100,09 gr, MgCO3 :84,32 g

Renk: Kireçtaşının rengi, içinde ihtiva ettiği safsızlıklar için bir ölçüdür.

Beyaz renk yüksek derecede saflığın, gri tonları karbon kaynaklı

safsızlık ve/veya demir sülfitlerin varlığını, kahverengi, yeşil, açık sarı ve kırmızı

renkler demir ve mangan muhtevasının işaretidir. Pembe renk ise dolomitik yapı

belirtisidir.

Tekstür ve Kristal Yapısı: Tüm kireçtaşı tipleri kristal yapıda olup ebat,

homojenlik ve düzen durumuna göre yoğunluk ve sertlik değerlerinde kendi

aralarında farklılıklar gösterirler.

Porozite ve su emme kabiliyeti: kireçtaşı %0,1-3, mermer %0,1-2, tebeşir

%15-40, dolomit %1-10 arasında bir gözenekliliğe sahiptir. Gözenek ve organik

Yüksek Kalsiyumlu CaCO3oranı % 95 den fazla, MgCO3 oranı %2-5 arasındadır. Tebeşir

%98-99 CaCO3 ihtiva eder. %20 safsızlık içeren gri renkte olanları da vardır.

Mermer Çok sert dokulu metamorfik yapılı CaCO3 Metalurjik Metalurjide kullanılan yüksek saflıktaki CaCO3 Camlık Kireçtaşı

Yüksek saflıkta kalsitik ve dolomitik yapıda olup demir oranı çok düşüktür.

Fosfatik Fosfor oranı %5 Magnezyumlu MgCO3 Oranı % 5-20 arasındadır. Dolomitik CaCO3: %54-58 MgCO3: %40-46 arasındadır. Bununla beraber MgCO3

oranı %20 den fazla olan her kireçtaşı dolomitik kabul edilir. Çimentoluk Si, Al ve CaCO3 oranları portland çimento yapımı için idealdir. Traverten Sıcak su kaynaklarındaki çökelmelerle oluşur, sert bir yapıya sahiptir. Marl Yumuşak, kirlilik oranı yüksektir. Bazı tipleri CaCO3’den fazla Si ve Al

içerir. Bitümlü Kireçtaşı Yapısında organik maddeler, doğal asfalt ve petrol bulunur. Koralli Kireçtaşı Yapısında yoğun koral fosil bulunur.


8

madde oranına bağlı olan su emme kabiliyeti ise yoğunluğu yüksek bir kireçtaşı için

%0,4 civarındadır.

Özgül Ağırlık: Oda sıcaklığında kalsitin özgül ağırlığı 2,72 g/cm3, aragonitin

2,94 g/cm3, dolomitin 2,86 g/cm3’tür.

Görünür Yoğunluk: Gözenek oranına ve gözeneklerdeki su miktarına bağlı

olarak değişen görünür yoğunluk, 110 ºC’de kurutulmuş tipik bir kireçtaşı için

1,5-2,3 g/cm3 arasında değişir.

Yığın Yoğunluğu: Öğütülüp elenen kireçtaşının birim hacimdeki ağırlığıdır.

Yığın yoğunluk, görünür yoğunluğa, ebat dağılımına, tanecik şekline ve nem oranına

bağlıdır. Görünür yoğunluğu 2,7 g/cm3, ebatları arasındaki oran 1,2 olan kireçtaşının

yığın yoğunluğu 1,40-1,45 g/cm3 civarındadır. Malzeme inceldikçe %25’lere varan

artış görülür (Kırıkoğlu, 1996; Temur, 2001).

Sertlik: Kireçtaşının sertliği genellikle 2-4 Mohs arasında değişir. Mohs

skalasına göre kalsit 3, aragonit ise 3,5-4,0 sertlik derecesine sahiptir. Dolomitik

kireçtaşı yüksek oranda kalsiyum içeren kireçtaşlarından daha serttir.

Mukavemet: Mermer ve traverten oluşumları çok yüksek mukavemet

değerine sahipken tebeşir ve marlın mukavemet değerleri çok düşüktür.

Isı İletkenliği: Gözenek durumuna ve yapıya bağlı ısı iletkenliği sıcaklık

arttıkça azalır. Kireçtaşında 130 ºC’de ölçülen değer 0.0039cal.cm/cm2s.ºC’dir.

Isı Genleşme Katsayısı: 0,00001-0,000035 1 ºC (100-150 ºC için)

Erime Noktası: Tüm kireç taşları erimeden önce oksitlerine dönüşürler.

CaO’nun erime noktası 2800 ºC, MgO’nun erime noktası 2570 ºC’dir.

3.1.2. Kimyasal Özellikler

Karbonatlar kimyasal olarak oksit ve hidroksitler kadar aktif olmadıklarından

fiziksel özellikleri daha önemlidir.

Kimyasal Stabilite: Kalsitik ve dolomitik kireçtaşları kimyasal olarak en

kararlı maddeler arasındadır. 600 ºC’ye kadar kesinlikle ayrışmazlar ve CO2 ihtiva

etmeyen sulardan asla etkilenmezler. Kireçtaşı daha yüksek sıcaklıklarda ayrışarak

kalsiyum okside dönüşür (kalsinasyon). Kuvvetli asitler kireçtaşlarına etki eder.


9

Karbondioksitle reaksiyon: Kireçtaşının çözünme oranı karbondioksitli

sularda artar. Kireçtaşı, dönüşümlü bir reaksiyonla kalsiyum bikarbonata dönüşür.

pH değeri: Kalsitik kireçtaşlarının sudaki pH değerinin 8-9 olmasına karşın

dolomitin pH değeri 9-9,2 arasındadır.

Asitlerle Reaksiyon: Kireçtaşı genellikle tüm kuvvetli asitlerle CO2 çıkartarak

reaksiyona girer bu nedenle asit nötralizasyonunda kullanılır.

Termal Dekompozisyon: Kireçtaşının en önemli özelliğidir. Bütün karbonatlı

kayaçlar yüksek sıcaklıklarda CO2 gazı vererek oksitlerine dönüşürler (kalsinasyon).

3.2. Kireçtaşının Kullanım Alanları

Günümüzde kireçtaşları, inşaat sanayinde çimento ve kireç hammaddesi,

yapıtaşı ve kırma taş olarak, seramik ve tuğla yapımında, metalurjide, tarım

alanlarında ve gübre yapımında, cam, kağıt, kimya sanayinde, şeker endüstrisinde,

matbaacılıkta, eczacılıkta, kömür tozu alevlerinin söndürülmesinde, asit

yağmurlarının nötrleştirilmesi gibi özelliği ile çevre problemlerinin çözülmesinde,

meyve suları, içki, yağ ve oto lastiği üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır

(Yakut, 2001). Kireçtaşlarının kullanım alanları ocaktan çıkan malzemenin tane

boyutuna göre belirlenmektedir (Çizelge 3.3).

3.2.1. İnşaat ve Yapı

Birçok ülkede kireçtaşının ana kullanım alanı %40-70 oranıyla inşaat ve yapı

sektörüdür. Kireçtaşı inşaat sektöründe beton harcında agrega (mıcır) olarak ve yol

yapımında agrega/dolgu maddesi olarak kullanılır. Bu amaçla kullanılacak olan

kireçtaşı; temiz, kuru, kübik formda, yüksek aşınma mukavemetine ve sertliğe sahip

olmalıdır. Daha ince (0,075 mm-5 mm) gradasyonlu bazı kireçtaşı (kalker) kumları

ise, beton ve inşaat harcına katılır. C20 Beton dizaynında kullanılan hammadde

miktarları ise agrega 1850 kg, çimento 300 kg, kimyasal katkı 3 kg, mineral

katkı 50 kg olacak şekildedir (DPT 2008).


10

Çizelge 3.3. Ürünün tane boyutuna göre kireçtaşlarının kullanım alanları ve aranan teknolojik özellikler (Temur, 2001)

Tane Kullanım Alanı Teknolojik Özellikleri

>1 m Kesilmiş ve parlatılmış taş (mermer)

Kusursuz büyük bloklar, beyaz veya tercih edilen renk ve desenler, düşük porozite, donma-çözülmeye karşı direnç

>30 cm Yapı taşı Kalın tabakalı, çatlaksız düşük porozite, donma-çözülmeye karşı direnç, yüksek basınca mukavemet

>30 cm Temel veya zırh taşı

Basınca karşı yüksek mukavemet, darbelere karşı direnç, yüksek yoğunluk, düşük porozite, donma-çözülmeye karşı direnç, blok verecek kadar kalın tabakalı veya çatlaksız olma

1-30 cm Kireç üretimi Kimyasal saflık, kalsinasyonda verimlilik, kırma ve yıkama işlemine uygunluk, yanma karakteristikleri

1-20 cm

Agrega, yol malzemesi, tren yolu balastı, çatı kaplamaları, çimento mozayiği, sıva malzemesi

Kırma sertliği, aşınmaya karşı direnci, parlatma sertliği, çözünen tuz miktarı, çimento içinde alkali reaksiyonları, tane şekli

0,2-5 cm Kimya sanayi ve cam yapımı

Kimyasal saflık, organik madde miktarı, aşınma sertliği

3-8 mm Filtrasyon malzemesi Basınca karşı direnç, kimyasal saflık, su tutma, aşınma sertliği, kabuk oluşturma

3-8 mm Kümes kumu Kimyasal saflık, tane şekli


11

Kireçtaşı beton harcında agrega (mıcır) olarak kullanım alanı bulmaktadır.

Ülkelerin beton tüketimi, büyüme hızlarına göre artış göstermektedir. Hazır beton

sanayisinin gelişmesi ile de inşaat sektörü hızlı bir ivme kazanarak, daha kaliteli

beton üretimine geçilmiştir.

Beton agregası, beton veya harç yapımında çimento ve su karışımından

oluşan bağlayıcı malzeme ile birlikte bir araya getirilen, organik olmayan, doğal veya

yapay malzemenin genellikle 100 mm’yi aşmayan (hatta yapı betonlarında çoğu

zaman 63 mm’yi geçmeyen büyüklüklerdeki kırılmamış veya kırılmış tanelerin

oluşturduğu bir yığındır. Beton yapımında kum, çakıl, kırma taş, yüksek fırın cürufu,

pişmiş kil, bims, genleştirilmiş perlit ve uçucu külden elde edilen uçucu kül agregası

kullanılmaktadır. Agregalar betonun hacminin yaklaşık olarak %70-75’ini oluşturur.

İnşaat ve yapı endüstrisinde kullanılan yıllık mıcır miktarı, dünyada yaklaşık

1,5 milyar ton/yıl; Türkiye’de ise yaklaşık 180 milyon ton/yıl civarındadır. Bu değer,

Türkiye’deki toplam kireçtaşı üretiminin %74’üne karşılık gelmektedir (DPT, 2001).

Günümüzde kireçtaşı, inşaat sektörünün olmazsa olmaz hammaddelerinden

biridir. İnsanların ihtiyacını karşılayacak bina, yol, metro, köprü ve benzeri yapım

çalışmalarında en önemli öğe ekonomik ve emniyetli yapı malzemelerinin

kullanılmasıdır ve bu nedenle kireçtaşları inşaat sektörü için vazgeçilmez bir

hammadde olmaktadır. Nüfus artışına paralel olarak bina ve yol yapımı gibi

çalışmalar hız kazanmış ve dolayısıyla kireçtaşına talep artmıştır.

3.2.2. Doğal Yapı Taşı Olarak Kullanımı

Kayaçlar belirli boyutlarda ocaktan çıkarıldıktan sonra uygulanacak projeye

göre doğrudan veya işlenerek kullanılabilir. Blok boyutları bir metreden birkaç

metreye kadar değişebilir. İşlenerek kullanılması genellikle mermercilik sektöründe

olmakta, doğal kullanımı ise barajlarda rip-rap yapımı, liman dolgusu, dalgakıranlar,

barajlarda ve şevlerde kaya dolgusu olarak karşımıza çıkmaktadır (Sevdinli, 2005).

Ayrıca ekskavatör kırıcılar ile 30-60 cm ebatlarına küçültülen şekilsiz kaya parçaları

yapı taşı olarak kullanım alanı bulmaktadır. Yapıtaşları istinat duvarlarında, bahçe

duvarları ve evlerin duvar örüm işlerinde sıkça kullanılmaktadırlar.


12

Doğal yapı taşlarının mekanik özellikleri, bu kayaçların kullanım alanlarının

belirlenmesi dışında, ocak ve fabrikalardaki üretim verimliliği üzerinden de oldukça

önemli rol oynamaktadır. Doğal yapı taşlarının mekanik özelliklerinin belirlenmesi

amacıyla Türk Standartlarında belirtilen bir seri laboratuar deneyi yapılmalıdır.

Çizelge 3.4’de doğal yapı taşlarının sahip olmaları gereken fiziksel ve mekanik

özelliklerin sınır değerleri verilmektedir.

Çizelge 3.4. Kayaçların doğal yapı taşı olarak kullanılabilmesi için sahip olmaları gereken fiziksel ve mekanik özelliklerinin sınır değerleri (TS 2513, 1977; TS 1910, 1977).

Fiziksel Özellikler Sınır

Değer Mekanik Özellikler

Sınır Değer

Birim Hacim Ağırlık (gr/cm3) >2,55 Tek eksenli Basınç Direnci (kg/cm2) >500

Ağırlıkça Su Emme (%) 50

Porozite (%)


13

Hangi amaçla üretilecek olursa olsun çimento sanayinde kullanılacak

kireçtaşlarının öncelikle homojen olması, yeterli rezerv ve tenöre (%74-79 CaCO3)

sahip olması, çatlaklarda silis dolgusu olması ve metamorfizma geçirmemesi

şeklinde sayılabilmektedir.

Dünyada Portland çimentosu üretimi yaklaşık 1,4 milyar ton/yıl olup

Türkiye’de bu miktar 45 milyon ton/yıl civarındadır. Diğer bir deyişle toplam

kireçtaşı üretiminin %21’ü bu amaçla tüketilmektedir (DPT, 1996).

Bugün ülkemizde çimento sanayi hızla gelişip büyümektedir. Kireçtaşları,

çimento sanayinde tek başına yüksek tonlara erişen önemli bir maddedir. Bu nedenle

kireçtaşı üretim alanları, çimento fabrikalarının yer seçiminde etkilidir.

3.2.4. Kireç Üretimi

Sönmemiş kireç üretimi için kullanılan yıllık kireçtaşı miktarının dünyada

750 milyon ton’dur. Türkiye’de ise bu miktar kabaca 10 milyon ton/yıl civarında

olup, toplam kireçtaşı üretiminin %4’üne karşılık gelmektedir (Çiçek, 1999).

Kireç endüstriyel hammaddeler içinde kullanım miktarı açısından 5. sırada

olup, en çok kullanılan maddelerden biridir. Antik çağlarda topraktan ve kesme

taştan inşa edilen yapılarda, bağlayıcı olarak sönmüş kirecin kullanıldığı

gözlenmiştir. Bilinen en eski çimentolama malzemesidir.

Kireçtaşlarının kalsinasyonu ile üretilen kireç, insanlık tarihinde inşaat

malzemesi olarak uzun zamandır bilinmesine karşın, endüstrideki kullanım alanları

gitgide genişlemektedir. 20. yüzyıl başında hızla gelişen kimya ve demir-çelik

endüstrisi ile kireç kullanımı çok yüksek oranlara ulaşmıştır. Kirecin endüstri, tarım

ve çevre sektörlerinde yaygın olarak kullanılmasının nedeni, üretim teknolojisinin

geliştirilmesi ve bu sayede fiyatının diğer rakip kimyasallara oranla oldukça düşük

olmasıdır. İnşaat kireçleri çimento veya alçı elde edilmesi, tuğla harcı yapımında,

kaplama ve sıva gibi işlerde çok yaygın olarak kullanılırlar.

Kireç üretimi için kullanılacak kireçtaşı ve dolomitin çok saf ve sağlam

olması gerekir. Kireçtaşlarının kil miktarının %5’ten fazla olması durumunda kirecin

dayanıklılığı azalır ve kireç renklenir.


14

3.2.5. Metalürji

Metalürjide demir-çelik üretimi ve demir dışı metallerin üretiminde, kireçtaşı

veya kireç kullanılmaktadır. Demir-çelik üretiminde kireçtaşı cevher hazırlama

aşamasında ve pik demir üretiminde kullanılmaktadır. Kömür tozuyla birlikte

%10-12 oranında cevhere katılan öğütülmüş kireçtaşı (CaCO3) yaklaşık

1200-1400 ºC sinter sıcaklıklarında kalsine olarak cevherdeki silisyum ve

alüminyumla reaksiyona girer ve kalsiyum silikat-aliminyum ferrit sistemini

oluşturur. Bu bileşik, demir cevherinin ince taneciklerini bağlar ve belli bir sertlik

kazandırır. Kireçtaşının karışımda diğer bir rolü, yüksek fırında cüruf teşekkülü için

gerekli olan CaO:SiO2 molar oranını belli aralıklarda tutmaktır. Kireçtaşı pik demir

üretiminde de kullanım alanı bulmaktadır. Sıvı demir, aglomere edildikten sonra

yüksek fırına verilen cevherin kokla indirgen şartlarda yakılmasıyla elde edilir.

Demir cevherinin yüksek fırınlarda demire indirgenmesi sırasında cevher

veya koktan kaynaklanan safsızlıkları (kükürt, silisyum, alüminyum, mangan gibi)

bertaraf etmek için kireçtaşı kullanılır. Yüksek fırında kullanılan kireçtaşı, yüksek

kalsiyum ve magnezyum karbonata ama düşük silis, kükürt ve fosfora sahip

olmalıdır (CaCO3+MgCO3 min %97, S min %0,10 ve min %0,02). Ayrıca yüksek

fırın şartlarına uygun derecede ısı ve mekanik direnç gösterebilmelidir.

Kireçtaşı, bakır, kurşun, çinko ve antimon cevherlerinin rafinasyonu sırasında

safsızlık cüruflaştırıcısı olarak geniş çapta kullanılır. Alüminyum üretiminde

kireçtaşı, silisyumu uzaklaştırmada kullanılır. Özellikle, yüksek fırınlarda demir

rafinasyonu için cüruflaştırıcı olarak çok miktarda kireçtaşı kullanılır. Türkiye’de bu

amaçla tüketilen yıllık kireçtaşı miktarı 1 milyon ton civarındadır. Bu alandaki

tüketimin toplam tüketim içindeki payı %0,45 oranına ulaşmaktadır (DPT, 2001).

3.2.6. Cam Endüstrisi

Cam endüstrisinde hem kalsiyumca zengin kireçtaşları, hem de dolomitik

kireçtaşları kullanılmaktadır. Kalsiyumca zengin kireçtaşları şişe ve pencere camı

yapımında, magnezyumca zengin dolomitik kireçtaşları ise bazı özel camların


15

yapımında kullanılır. Bunun amacı, camın çözünürlüğünü azaltmak, camı suya ve

kimyasallara dirençli hale getirmek, camın mekanik direncini ve parlaklığını

arttırmaktır. Cam kapların ve bardakların üretiminde, çeşitli kimyasalların

renksizleştirme etkilerine ve ısısal şoklarına karşın camı dirençli hale getirmesinden

dolayı, dolomitik kireçtaşları tercih edilir. Bu alanda kullanılacak kireçtaşlarının

%98,5 (Ca,Mg)CO3, %0,2 Fe2O3, %1 kuvars, %0,3 organik materyal içermesi

idealdir. Demir oranı mümkün olduğunca düşük olmalıdır (Temur, 2001).

3.2.7. Seramik Endüstrisi

Karbonatlı kayaçlar seramik endüstrisinde çamur ve sırların bileşiminde yer

alırlar. Karışık ve kalklı akçini çamurlarının mineralojik bileşimlerinde %5-20

arasında CaCO3 kullanılır ve bu CaCO3 çok ince öğütülmüş şekli ile

mermerden/kireçtaşından alınır. Seramik sırlarında camsı yapı oluşumuna yardımcı

olur ve sırların sertliğinin artırılmasında kullanılır.

3.2.8. Çevre

Kireçtaşı, sucul ortamların arıtımı ve baca gazı arıtımı olarak çevre arıtımında

önemli bir kullanım alanına sahiptir. Granül yapıda, dar gradasyonlu (0,71–1,25

mm/1,6–2,8 mm) kireçtaşı, içme suyu filtrelemesinde kullanılır. Filtreleme sırasında

kireçtaşı, asidik suları da nötralize eder. Ayrıca, 40–60 mm ebatlarında kireçtaşı

agregaları ise kanalizasyon arıtma tesislerinde bakteri bertarafında kullanılır.

Dolomitik olmayan kireçtaşı, asit notrazilasyonunda kullanılan en ucuz kimyasaldır.

Enerji üretiminde atom santralleri yapımı dışında Dünya’da genel eğilim,

kömür kullanarak doğal gaz ve fuel-oil gibi diğer kaynakların başka alanlarda

tüketimini sağlamaktır. Kömür ve linyit kullanan termik santrallerin sorunu ise bu

yakıtın ihtiva ettiği kükürdün yanması sonucunda baca gazında çevreye zararlı ve asit

yağmurlarına yol açabilen SO2/SO3 oluşumudur. Bu durumda linyitlerin akışkan

yatakta kireçtaşı ilavesi ile kontrollü bir şekilde yakılması çevre kirliliğini önleme

açısından önemli bir uygulama olmaktadır.


16

Bu sistemlerde akışkan yatak, matris görevini üstlenen ince kum (veya inert

bir malzeme), kömür ve kömürün %30’undan daha fazla oranlarda 0,25-3 mm

ebatlarındaki kireçtaşının birlikte homojen bir biçimde karıştırılması ile oluşturulur.

Enjeksiyonlu sistemlerde ince öğütülmüş (0,01-0,02 mm) kireçtaşı,

900º C’den yukarda sıcaklıklara sahip yanma kazanına kömürle birlikte veya ayrı

olarak püskürtülür. Sönmemiş kirece dönüşen kireçtaşı kükürt oksitlerle ve hidrojen

klorürle reaksiyona girerek kalsiyum sülfit/sülfat ve kalsiyum klorite dönüşür. Toz

halindeki yanma ürünleri (kül+CaO+CaCO3+CaSO3+CaSO4+CaCl2) daha sonra bir

elektrostatik veya torbalı filtre aracılığı ile toplanır (Lokman, 2000).

Yaş sistemlerde, ince öğütülmüş kireçtaşı (%90’ı 0,045 mm’den küçük) suda

süspansiyon haline getirilerek baca gazı arıtımında kullanılmaktadır. %90-95 kükürt

giderme randımanı ile çalışabilen yaş sistemler, büyük tesis ve termik santrallerde

kullanılan en gelişmiş sistemlerdir. Baca gazı arıtımında kullanılan kireçtaşının

kalitesi yüksek olmalıdır. Çizelge 3.5’de baca gazı arıtımında kullanılan

kireçtaşlarının teknik özellikleri verilmiştir.

Çizelge 3.5. Baca gazı arıtımında kullanılan kireçtaşlarının teknik özellikleri Saflık %95-97 CaCO3

Reaktivite Yüksek

İncelik %90


17

3.2.9. Kağıt Sanayi

Kağıt sanayinde yüksek saflıkta CaCO3 içeren (≥%95) kireçtaşları kullanılır.

Kalsine kireçtaşının yeniden karbonizasyonu sonucu presipite kalsiyum karbonat

elde edilir. Ayrıca kağıdın kuşelenmesi için kullanılır. Çok yüksek yansıma indeksi

verir. Kağıdın baskı mürekkebini kabul etme oranını arttırır ve kağıda beyazlık ve

parlaklık sağlar. Bu sanayide yoğunluğu 2,5 tan fazla olan ve en fazla %3 Mg içeren

yüksek saflıkta kireçtaşları kullanılmalıdır (Yakut, 2001).

3.2.10. Tarım

Tarım alanında özellikle bitkilerin büyümesini sağlamak, toprağın

kondisyonunu artırmak ve asitliğini ayarlamak için kireçtaşları ve dolomitten

yararlanılır. Ayrıca kireçtaşı, suni gübre ve hayvan yemi üretiminde de

kullanılmaktadır. Bu alanda öğütülerek toz haline getirilmiş, mümkün olduğunca saf

kireçtaşı ve dolomit kullanılır. Türkiye’de tarımsal alanların ıslahında kullanılan toz

kireçtaşı miktarı yılda yaklaşık 30.000 ton/yıl civarındadır (DPT, 2001).

3.2.11. Boya Sanayi

Boya sanayinde kireçtaşlarının kullanılması polimerlerin homojen dağılımını

arttırmakta, çözülmeyi azaltmakta, renk pigmentlerinin yüzmesini engellemekte ve

boyanın örtme gücünü arttırmaktadır. Boya endüstrisinde kullanılacak kireçtaşlarının

özgül ağırlığı 2,71 gr/cm3 ve beyazlık oranı %95’ten fazla olmalıdır (Yakut, 2001).

3.2.12. Şeker Sanayi

Şeker sanayinde ham şerbete %1,2 oranında öğütülmüş kireçtaşı katılarak

kirletici maddelerin temizlenmesi ve reaksiyonların hızlanması sağlanır. Bu alanda

kullanılacak kireçtaşlarının Si ve Mg oranının düşük Fe2O3 oranının %1’den az,

CaCO3 oranının %95’ten fazla olması gerekir (Temur, 2001).


18

3.2.13. Kimya Sanayi

Kimya sanayinde kalsiyum karpit (CaCO2), sodyum bikarbonat (NaHCO3) ve

soda üretimi kireçtaşının en çok üretildiği alanlardır. Dolomitten Mg eldesi ve İngiliz

tuzu (MgSO4) gibi çeşitli tuzların üretiminde kireçtaşlarından yararlanılmaktadır. Bu

amaçla SiO2 oranı düşük ve nispeten yumuşak kireçtaşları kullanılır (Temur, 2001).

3.2.14. İlaç Sanayi

İlaç sanayi kireçtaşlarının dolgu maddesi olarak kullanır. Tarım korumanın

kullandığı kireçtaşları oldukça yumuşak ve beyazdır. Fe2O3 oranı %0,1’in altında,

SiO2 oranı da %0,5’ten az olmalıdır (Yakut, 2001).

3.2.15. Kömür Ocaklarında Kullanım

Maden kömürü ocaklarında oluşan kömür tozlarının patlama tehlikesi vardır.

Eğer kömür tozları %35 oranında kireçtaşı ile karıştırılırsa patlama riski giderilmiş

olur. Pulverize kireçtaşı makine ile ocağın tüm tavanlarına, duvarlarına ve

zeminlerine püskürtülmelidir (Yakut, 2001).

3.2.16. Diğer Endüstriyel Kullanım Alanları

Soda sanayi, lastik-plastik-kauçuk sanayi gibi sektörlerde de kireçtaşı

kullanımı söz konusu olup, Türkiye’de bu sanayi dallarında tüketilen toplam kireçtaşı

miktarı 1,4 milyon ton/yıl civarındadır (DPT, 2001).

3.3. Kireçtaşı ve Dolomitin Termal Bozunma Süreci

Kireçtaşı ve dolomit ısı etkisiyle hızla kalsine olmakta ve ayrışma sıcaklığı

ortamdaki karbondioksitin derişimi ile kısmi basıncına bağlı olarak değişmektedir.

Kalsiyum karbonatın saf (%100) karbondioksit atmosferinde ve atmosferik


19

basınçtaki ayrışma sıcaklığı 898 C° olarak saptanmıştır (Johnston, 1910). Akışkan

yataklı yakıcıların çalışma koşullarında ise bu sıcaklık 800-900 C° aralığında

değişmektedir (Boynton, 1980).

Dolomitlerde, MgCO3/CaCO3 oranı değiştiği için, ayrışma sıcaklığı da buna

bağlı olarak değişmektedir. Dolomitteki magnezyum karbonatın ayrışma sıcaklığı,

saf magnezyum karbonatınkinden daha yüksektir. Azbe (1944), dolomitin 513 C°’de

bozunmaya başladığını; ancak 590 C° e kadar ayrışan madde miktarının ihmal

edilebilecek kadar az olduğunu ve bu sıcaklığın üzerinde ayrışmanın hızlandığını

saptamıştır. Dolomitin magnezyum karbonat bileşeninin, saf karbon dioksit

ortamında ve atmosferik basınçtaki ortalama ayrışma sıcaklığı 725 C° olarak

saptanmıştır; kalsiyum karbonat bileşeninin ise, aynı koşullar altındaki ayrışma

sıcaklığının daha yüksek olduğu bilinmektedir; yani, dolomitin termal bozunma

süreci iki aşamada gerçekleşmektedir (Goldsmith ve Newton, 1969). Kireçtaşı (3.1)

ve dolomitin (3.2 ve 3.3) termal bozunma tepkime denklemleri şunlardır:

CaCO3(s) + ısı ↔ CaO(s) + CO2(g) (3.1)

MgCO3. CaCO3(s) + ısı ↔ MgO. CaCO3(s) + CO2(g) (3.2)

MgO CaCO3(s) + ısı ↔ MgO. CaO(s) + CO2(g) (3.3)

Dolomitin farklı sıcaklıklarda gerçekleşen iki kademeli ayrışmasında

kalsiyum oksitin oluştuğu yüksek sıcaklıklarda magnezyum oksit

sinterleşebilmektedir.

Kireçtaşı ve dolomitin termal bozunması dış yüzeyden içeri doğru

gerçekleşmektedir; ancak ayrışmanın tam olabilmesi için sıcaklığın sorbent

taneciğinin merkezini de etkilemesi gerekmektedir; bu nedenle uygulamada

ulaşılması gereken sıcaklık, teorik ayrışma sıcaklığından daha yüksektir (Othmer,

1978). Diğer taraftan, ortamdaki karbon dioksit derişiminin, yani kısmi basıncının,

düşük olması halinde tanecik yüzeyinde bulunan karbonat moleküllerinin bir

kısmının, teorik ayrışma sıcaklığının altında ayrıştığı gözlenmiştir (Marc ve Simek,

1913). Kalsiyum içeriği yüksek kireç taşlarındaki karbonat moleküllerinin yüzeydeki

ayrışmasının 742 C° de gerçekleştiği Azbe (1939) tarafından saptanmıştır.


20

3.3.1. Isıtma Sırasında Tanecik Yapısında Oluşan Değişimler Kireçtaşı ve dolomitin termal bozunumu sırasında, ayrışma sıcaklığına

ulaşıncaya kadar, tanecik yapısında bazı fiziksel değişimler meydana gelmektedir.

Öncelikle maddenin yüzey nemi uzaklaşmakta ve sıcaklığın yükselmesiyle az

miktardaki organik madde içeriği yanmaktadır. Bu nedenle, ayrışmanın başladığı

sıcaklığa ulaşılmadan öncede kireçtaşı ve dolomit taneciğinin kristal kafesinde mikro

gözenekler ve çatlaklar oluşabilmektedir.

Hedin (1954), farklı bileşimlerdeki kireçtaşları ve saf kalsiti ayrışma

sıcaklığından daha düşük sıcaklıklara ısıtarak, yapıda oluşan mikroskobik fiziksel

değişimleri gözlemiştir. Ayrışma sıcaklığına ulaşıncaya kadar verilen ısının,

genellikle, kristal matriste bir genleşmeye neden olduğunu saptamıştır. Bu ısının,

büyük kristalli kireçtaşlarında kristal tanelerinde kırılmaya neden olan bir gerilim

oluşturduğu; bunun aksine, küçük kristallerin ısının yarattığı gerilime karşı daha

dayanıklı olduğu ve kırılmadığı gözlenmiştir. Yapıda bulunan ve küçük kristalleri

ayıran çok sayıdaki çatlak ve yarıkların genleşme gerilimine karşı direnç oluşturduğu

saptanmıştır. Bu çatlakların, ısı etkisiyle kristallerde meydana gelen genleşme

sırasında genleşme mafsalı gibi davrandığı; bu nedenle yapının bütünlüğünün

bozulmadığı sonucuna varılmıştır. Bu bulgular genelleştirilmiş olmakla beraber farklı

davranışların gözlendiği ve açıklanamayan bazı sonuçlar da vardır.

Ayrıca, Foster (1946), termal bozunma öncesi ön ısıtma sonucu kalsiyum

karbonatın yapısında termal genleşmenin meydana geldiğini ve bu genleşmeyle

yapının lineer boyutlarında %5-10 kadar bir artış olduğunu saptamıştır; bu

genleşmenin etkisiyle gözeneklilikte de bir artış meydana gelmektedir.

3.3.2. Tane Boyutunun Etkisi

Kireçtaşı ve dolomitin tane boyutu, termal bozunma sürecini etkileyen en

önemli değişkenlerden biridir. Ayrışma taneciğin merkezinden yüzeyine doğru

ilerlediği için, büyük çaplı tanelerin ayrışması çok zordur ve fazla zaman

gerektirmektedir. Büyük tanelerde, tanecik içinde oluşan karbon dioksit gazının açığa

çıkmak için geçeceği yol uzadığından, gazın çıkabilmesi için gerekli basınca oldukça


21

yüksek sıcaklıklarda ulaşılabilmektedir. Termal bozunmanın yüksek sıcaklıklarda

gerçekleştirilmesi ise, tanecik yüzeyinde sinterleşmenin başlamasına neden

olmaktadır (Boynton, 1980). Olumsuz ayrışma koşullarında, tanecik yüzeyinde

sinterleşme ve/veya tekrar karbonatlaşma olabilmekte; tanecik merkezinde ise

ayrışmamış karbonat çekirdeği kalabilmektedir. Bu koşullar altında, yoğunluğu fazla,

aktifliği ve yüzey alanı düşük bir kireç oluşmaktadır.

Ayrıca termal bozunma sırasında tanecik içinde oluşan sıcaklık profili, artan

ısıtma hızı ve tanecik çapı ile artmaktadır. Tanecik çapı büyükse veya termal

bozunma süresi kısa ise bu profil, işlem süresince korunmaktadır.

Karbon dioksitin açığa çıkmak için geçeceği yol kısa olduğundan küçük

tanecikler, büyük taneciklerden daha düşük sıcaklıklarda ve daha hızlı kalsine olma

eğilimindedir. Tane boyutunun küçük olmasının diğer bir sonucu da yüzey alanının

artması ve ısı transferinin daha iyi gerçekleşmesidir (Boynton, 1980).

Tanecik çap aralıkları geniş aralıklarda değişen bir karışımın kalsine edilmesi

istendiğinde, uygun ayrışma sıcaklığını belirlemek zordur; çünkü, küçük taneciklerin

tamamen kalsine olduğu sıcaklık aralığında büyük tanecikler kalsine olmaz; büyük

taneciklerin kalsine olduğu sıcaklık aralığında ise küçük tanecikler sinterleşme

eğilimi göstermektedir. Sabit bir sıcaklıktaki, ayrışma hızı, tanecik çapı ile ters

orantılı olmakta; yani, tanecik çapı küçüldükçe hız artmaktadır.

3.3.3. Sıcaklık ve Sürenin Etkisi

Maddenin özellikleri ne olursa olsun termal bozunma sıcaklığının yüksek

olması ve sürenin uzun tutulması yanmış kireç oluşumuna neden olmaktadır.

Yoğunluğu ve büzülme oranının yüksek olmasından ötürü yanmış kirecin

gözenekliliği ve kimyasal aktifliği düşüktür (Othmer, 1978, Hedin, 1961,

Murray, 1954).

Kalsine kireçtaşı ve dolomitin aktifliği, genellikle, kalsiyum oksitin suda

hidratlaşma hızıyla ölçülmektedir. Aşırı yanmış kalsiyum oksitin kristal kafesi çok

sıkıdır ve oksit molekülleri birbirine çok yakındır; bu durum hidratlaşma hızını

oldukça yavaşlatmaktadır. Eğer termal bozunma en düşük ayrıştırma sıcaklığında


22

gerçekleştirilirse, tepkimenin başlaması gecikebilir; tepkime ancak, ayrışma

sıcaklığından daha yüksek bir sıcaklıkta çalışıldığı zaman hızla gerçekleşmektedir.

Sıcaklık artışının etkisi sürenin uzatılmasının etkisinden fazladır.

Kireçtaşı şiddetli ayrışma koşullarında (yüksek sıcaklık ve uzun süre) kalsine

edilirse, sinterleşme başlamakta; kireçtaşı aşırı yanmış hale gelmekte ve başlangıç

boyutunun %25-50’si oranında büzülmektedir. Bu büzülmenin sonucunda gözenek

ve çatlaklar kapanmakta ve kireçtaşının yoğunluğu artmaktadır (Othmer, 1978).

Murray (1954) 954-1343 C° aralığında seçtiği dört farklı sıcaklıkta, kalsiyum içeriği

yüksek 43 kireçtaşını kalsine ederek, büzülme oranlarını saptamıştır; bu amaçla,

kireçtaşlarını bir elektrik fırınında, kızdırma kaybı sonucunda ulaşması gereken

ağırlıklarına düşünceye kadar kalsine etmiştir. Büzülme oranının, ayrışma

sıcaklığının atmasıyla arttığı; ancak, bu artışın numuneden numuneye değiştiği

saptanmıştır. Kristal boyutu ile büzülme arasında kısmı bir ilişki olabileceği;

çoğunlukla iri kristallilerin en yüksek; küçük ve orta kristallilerin ise en düşük

büzülme oranı gösterdiği gözlenmiştir. Kireçtaşlarının kimyasal bileşimiyle, büzülme

oranı arasında hiçbir ilişki belirleyememiştir. Kraus (1959), dolomitlerde de aşırı

ısınma sonucunda değişen oranlarda büzülme olduğunu; ama normal ayrışma

sıcaklıklarından 1400 C°’e kadar, bu oranların genellikle kalsiyum içeriği yüksek

kireçtaşlarında daha az olduğunu gözlemiştir.

Hedin (1954), yoğunluk ve büzülme oranındaki artışı, kalsiyum oksit molekül

kristallerinin birbirine yapışarak daha büyük kristaller oluşturmasına bağlamıştır.

Kalsiyum karbonat kristallerinin ayrışması sonucunda, önce çok düzensiz oksit

kristalleri oluşmaktadır; ancak, ayrışma süresi veya sıcaklığının artırılması, düzgün

bir oksit-kafes yapısının oluşmasına neden olmakta ve kristaller büyümektedir.

Mayer ve Stowe (1964), x ışınları difraktometresi kullanarak yaptıkları

incelemelerde, kalsiyum oksitin kristal boyutunun, en düşük ayrışma sıcaklığı ile

tamamen sinterleştiği sıcaklık (1650 C°) arasında, yaklaşık 1000 kat arttığını

(0,1 µm’den 100 µm’ye) saptamışlardır. Dolomitte ise, kalsiyum oksit kristallerinin

magnezyum oksit kristallerine oranla daha hızlı bir şekilde birbirine yapıştığı ve

sonuçta daha büyük kalsiyum oksit kristallerinin oluştuğu gözlenmiştir; bunun

nedeninin, kalsiyum oksit moleküllerinin bağ enerjilerinin magnezyum oksit


23

moleküllerininkinden daha düşük olması ve kristal yapı içinde hareket edebilmesi

olduğu ileri sürülmüştür. Termal bozunma tepkimesinin ürünü olan kalsiyum oksitin

aktifliği, kalsiyum karbonatın parçalanmasından hemen sonra en üst düzeydedir; süre

veya daha önemlisi sıcaklık artırılınca azalmaktadır.

Engler ve ark. (1989), yaptıkları çalışma ile CO2 atmosferinde dolomitin

kalinasyonunu (dönüşüm) incelemişler bünyesindeki CaCO3 miktarına bağlı olarak

MgCO3’ın MgO’e 550 ve 765 °C arasında dönüştüğünü; hava atmosferinde ise

700 °C ve 740-750 °C arasında dönüştüğünü ve dönüşümün 780 °C’de sonlandığını

belirlemişlerdir.

3.3.4. Ağırlık Kaybı ve Gözeneklilik

100 kg saf kalsiyum karbonatın termal bozunması sonucunda, 56 kg kalsiyum

oksit ve 44 kg karbondioksit oluşmaktadır. Kireçtaşı termal bozunma sonucu

kütlesinin yaklaşık %44’ünü kaybetmekte ve taneciğin dış şekli önemli ölçüde

değişmediğinden gözenekliliği artmaktadır. Kalsiyum karbonatın molar hacmi

37.10-3 m3/kmol, kalsiyum oksitinki ise 17.10-3 m3/kmol’dür (Münzner, 1985).

Kireçtaşının özgül hacmi termal bozunma sırasında %46 kadar azalmaktadır.

Dolomitteki karbonat miktarı genellikle daha fazla olduğundan, oluşan kütle kaybı da

daha fazla olmaktadır. Saf magnezum karbonat ayrıştığı zaman ağırlığının

%52,2’sini kaybettiği için magnezyum karbonat içeriği yüksek dolomitlerin kütle

kaybı da daha fazla olmaktadır. Termal bozunma sırasında karbondioksit gazının

çıkışıyla oluşan gözenekler, makro ve mikro gözenekler halinde olmaktadır. Mikro

gözeneklerin fazla olması taneciğin yüzey alanını önemli ölçüde arttırmaktadır.

Gözeneklilik ve gözenek çap dağılımı kimyasal aktifliğin en önemli göstergeleridir

(Spinolo, 1989).

3.3.5. Safsızlıkların Etkisi

Kireçtaşı ve dolomitin içerdiği safsızlıklar, termal bozunma sürecini

genellikle karmaşıklaştırmaktadır. Silika, alümina ve demir gibi safsızlıklar yüksek


24

sıcaklıklarda, kalsiyum oksit ile kimyasal birleşme eğilimi göstererek, silikatları,

alüminatları ve ferritleri oluşturmaktadır (Othmer, 1978).

Sabit veya akışkan yataklı yakıcılarda bulunan yakıt külü de düşük sıcaklıkta

eriyen kalsiyum bileşikleri oluşturarak yüzey sinterleşmesine neden olmaktadır.

Termal bozunma sonucu açığa çıkan karbon dioksit, bazı koşullarda kalsiyum oksitin

yüzeyinde tekrar tutularak yeniden karbonatlaşmaya neden olmaktadır. Bu bakımdan

ayrışma sırasında oluşan karbon dioksitin çıkış hızı önemlidir. Termal bozunma

sırasında maddenin yapısındaki çökme sonucu oluşan çatlaklar gaz çıkış hızını

artırmaktadır. Ayrıca kireçtaşının içerdiği nem ve organik safsızlıklar (klorit tuzları

ve florit tuzları) da ve karbondioksitin çıkışını kolaylaştırıcı rol oynamaktadır (Qiang

Li ve Messing, 1983; Qiang Li ve Messing, 1984).

Bazı kireçtaşları ve dolomitler, özellikle büyük kristalliler, tam kalsine

edilememekte ve ön ısıtma veya termal bozunma sırasında ufak parçalara ayrılma

eğilimi göstermektedir. Belirli bir kireçtaşı veya dolomitin termal bozunma

sırasındaki davranımı sadece deneysel olarak saptanabilmektedir.

3.3.6. Tüketilen Enerji

Kireçtaşı ve dolomitin termal bozunma tepkimesinin gerçekleşebilmesi için,

önce en düşük ayrışma sıcaklığına kadar gereken duyulur ısının harcanması

gerekmektedir. Genellikle, ayrışma sıcaklığı kireçtaşlarına göre daha düşük olan

dolomitlerde bu ısının miktarı daha az olmaktadır (Boynton, 1980).

Ayrıca kireçtaşı ve dolomitin içerdiği karbon dioksitin tamamının açığa

çıkması, başka bir deyişle, termal bozunma tepkimesinin tamamlanması için ilave bir

enerji gerekmektedirki bu enerji miktarı ortam koşullarına bağlı olarak

değişmektedir. Bir mol kalsiyum karbonatın ayrışması için 40 kcal; bir kilogram

kalsiyum karbonatın ayrışması için 400 kcal ve bir kilogram kalsiyum oksitin

oluşabilmesi için ise, 705 kcal’lik enerjiye gereksinim vardır. Bir mol magnezyum

karbonatın ayrışması için 65 kcal; bir kilogram magnezyum karbonatın ayrışması

için 340 kcal ve bir kilogram magnezyum oksitin oluşması için ise, 655 kcal’lik


25

enerjiye gereksinim vardır. Bu değerler saf karbondioksit atmosferinde ve atmosferik

basınçta gerçekleştirilen termal bozunma tepkimeleri için geçerlidir (Boynton, 1980).

3.4. Türkiye Kireçtaşı Potansiyeli

Kireçtaşı II. Grup madenler; mermer, dekoratif taşlar, traverten, kalker,

dolomit, kalsit, granit, siyenit, andezit, bazalt ve benzeri taşlar gurubunda yer

almaktadır (Şekil 3.1). Ülkemiz kireçtaşı potansiyeli açısından zengin kaynaklara

sahiptir. Türkiye’deki kalker oluşumlarının dağılımı Çizelge 3.6’da verilmiştir.

Şekil 3.1. Kireçtaşı işletmelerinin bölgelere dağılımı

Çizelge 3.6. Türkiye’deki kalker oluşumlarının bölgelere dağılımı Bölge Rezerv (milyon ton)

Görünür Muhtemel+Mümkün Potansiyel Marmara 217 1.008 2.120

Ege 395 2.200 16.860 Akdeniz 323 1.335 7.810

İç Anadolu 606 2.112 5.135 Karadeniz 260 1.405 3.940

Doğu Anadolu 383 1.180 2.710 Güney Doğu Anadolu 147 530 910

Toplam 2.331 9.770 39.485

Kalker Kalker (2. grup)

Kireçtaşı Kalker (Mıcır)


26

Migem’in 28.02.2009 tarihli değerlendirmesine göre II. Gruba arama ve

işletme olarak toplamda 19.843 adet kireçtaşı ruhsat kesilmiştir. 2003-2008 yılları

arasındaki kireçtaşı üretimi; 2003’de 61.378.970 ton, 2004’de 66.181.436 ton,

2005’te 110.276.707 ton, 2006’da 176.351.412 ton, 2007’de 211.453.745 ton ve

2008’de 208.828.255 ton olarak gerçekleşmiştir.

4. MATERYAL ve METOD Çağatay TURAN

27

4. MATERYAL VE METOD

4.1. Materyal

İnceleme alanı Toros kuşağında (Amanos Dağları) yer almaktadır. Kireçtaşı

sahası, Sarıseki Beldesi’nin hemen doğusunda Akarca Köyü civarında olup

Adana-İskenderun karayolunun doğusuna doğru yaklaşık 8 km’lik mesafededir.

Bölge sarp bir topoğrafyaya sahip olup çalışma sahasındaki eğimler %25-%45

arasında değişmektedir.

Bölgedeki kireçtaşları, fay kırıkları ile çevrili olması nedeni ile bol çatlaklı,

bazı fay çatlaklarının arası kil dolgulu, bej renk ağırlıklı, yer yer açık renkli, bazı

kısımlar koyu renkli olarak görülmektedir (Şekil 4.1-4.3). Kireçtaşlarının üzerinde

yer alan örtü tabakası 4-5 m derinliğe kadar topraklı yapı, 6-10 m derinliğe kadar da

çatlaklardan kireçtaşının içine geçmiş, taşlaşmış topraksı yapı içermektedir. İnceleme

alanında açık renkli ve koyu renkli olarak bulunan kireçtaşlarından (iki cins) örnekler

alınmış ve deneylerde kullanılmıştır (Şekil 4.4-4.5).

Şekil 4.1. Akarca kireçtaşları


28

Şekil 4.2. İnceleme alanında açık ve koyu renkli kireçtaşlarının görünümü

Şekil 4.3. Kireçtaşlarının sahada görünümü


29

Şekil 4.4. Deneylerde kullanılan açık renkli kireçtaşları

Şekil 4.5. Deneylerde kullanılan koyu renkli kireçtaşları


30

Akarca Köyü (Hatay) kireçtaşlarının üniversite laboratuar ortamında ve

işletme laboratuarında kimyasal, petrografik-mineralojik, fiziksel, mekanik ve

kalsinasyon özellikleri tespit edilmiş ve sonuçlar değerlendirilerek bu bölgedeki

kireçtaşlarının hangi alanlarda kullanılabileceği saptanmıştır.

4.2. Bölge Jeolojisi

Bölgede yer alan Amanos dağlarının temelinde Paleozoyik yaşlı formasyonlar

yer alır. Bu birimler arasındaki ilişkiler uyumludur. Amanos dağlarının yapısı

genelde bir antiklinal şeklindedir. Kanat ekseni KKD-GGB istikametinde,

kanatlardaki tabakalar ise KD-GB istikametinde uzanmaktadır. Bölgede, Kambriyen

arazisi Kaledoniyen orojenezinden etkilenmiştir. Triyas tabakaları, Triyas-Albiyen

arasında meydana gelen tektonik hareketlerin etkisiyle şekillenmiştir. Kretase yaşlı

Karadağ kireçtaşları, Alpin örojenezinin subhersiniyen fazından etkilenmiştir. Aynca

ofiyolit napları da bugünkü konumlarını bu fazın etkisiyle almışlardır. Daha sonra

yine bu fazın etkisiyle su yüzüne çıkarak aşınmaya maruz kalmış, ofiyolit çakıllı

Mestrihtiyen yaşlı konglomeralar serpantinitler üzerine transgresif olarak

çökelmiştir. Laremiyen safhasında (Üst Kretase-Eosen) Mestrihtiyen tabakaları

kıvrımlanarak su üstüne çıkmış ve aşınmaya maruz, kalmıştır. Bunun sonucunda

Eosen taban konglomeraları, yaşlı birimler üzerine diskordan olarak yerleşmiştir.

Oligosen sonlarında Toroslar silsilesinin büyük kısmı su üstüne çıkmıştır. Bunun

sonucunda da Miyosen istifi kalın bir taban konglomerası ile başlamıştır. Miyosen

sonunda yeniden yükselmeler ve kıvrımlanmalar olmuştur. Şiddetli deformasyonlar

ve bilhassa faylanmalar da Üst Miyosende ve Pliyosen başlangıcında meydana

gelmiştir. Amanoslar bu günkü morfolojisini düşey faylarla kazanmıştır. Bölgedeki

yapı unsurlarının en önemlilerinden biri olan bu fayların doğrultulan başlıca; K-G; K

45°-75° D; K 40°-70° B istikametindedir.

Kalınlığı 400 metre kadar olan birim üzerine Karadağ kireçtaşları uyumsuz

olarak yerleşmiştir. Çalışma sahasında en yaygın olarak izlenen Alt Kretase yaşlı

(Aksay ve ark., 1988) bu birim, kireçtaşı ve dolomitleşmiş kireçtaşlarıyla temsil

olunur. Nadir olarak silttaşı ve şeyl ara tabakalarına da rastlanır. Birimi oluşturan


31

kireçtaşı ve dolomitik kireçtaşları, ince-orta ve yer yer masif tabakalı olup bol

miktarda karstik yapılar içermektedir. Bu yapılar bazı yerlerde ince kanallar şeklinde,

bazı yerlerde de büyük oyuklar şeklindedir.

4.3. Metod

2009 yılı yaz döneminde sürdürülen arazi çalışmalarında, bölgelerden

kireçtaşı örneklerinin hammadde özelliklerini belirlemek amacı ile sistematik olarak

yeterli miktarda örnekler alınmıştır.

Araziden alınan örnekler, Ç.Ü. Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Jeoloji

Mühendisliği Bölümü Jeokimya ve Maden Mühendisliği Bölümü Laboratuarları’na

hammadde özelliklerini belirlemek amacı ile getirilmiş ve deneylere tabi tutulmuştur.

Laboratuarda deneyler için istenilen boyutlarda örnekler elde edilmiş ve bu

örneklerin kimyasal, mineralojik, fiziko-mekanik ve ısıl özellikleri belirlenmiş ve

kullanılan standartlara göre karşılaştırma yapılmıştır.

4.3.1. Kimyasal Analiz

Kireçtaşı örneklerinin kimyasal analizleri XRF (Siemens SRS 300 X-ray

Fluoresans Spectrometer) kullanılarak yapılmıştır. X-ışınları yüksek enerjili

elektronların yavaşlamasıyla veya atomun iç orbitallerindeki elektronların elektronik

geçişleri ile oluşturulan kısa dalga boylu elektromanyetik ışınlardır. X-ışınlarının

dalga boyu aralığı yaklaşık 10-5 Å’dan 100 Å’ya kadardır. Ancak klasik X-ışınları

spektroskopisi yaklaşık 0.1 Å ile 25 Å (1 Å= 0.1 nm=10-10 m) arasındaki bölgeyi

kapsamaktadır (Jenkis ve ark., 1995).

4.3.2. Petrografik Analiz

Kireçtaşı örneğinden kesilen ince levhanın bir yüzü 600’lük zımpara tozu ile

aşındırılarak düzlenmiştir. Daha sonra 1000’lik zımpara tozu ile cam üstünde

pürüzleri iyice temizlenerek parlatılmış ve cam lama, Kanada balsam yapıştırıcı ile


32

yapıştırılmıştır. Kayacın diğer yüzü, 0,02 mm kalınlık elde edilene kadar benzer

işlem ile aşındırılmış ve ince kesitler elde edilmiştir. Bu kesitler üzerinde polarizan

mikroskop (Olympus BH-2) ile paleontolojik incelemeler yapılmıştır.

4.3.3. Fiziksel Özellikler

Çalışma alanından sistematik olarak alınıp laboratuara getirilen örneklerin

fiziksel özellikleri tayin edilmiştir.

4.3.3.1. Birim Hacim Ağırlık

Bu deneyle, tabii yapı taşlarının boşlukları ile birlikte birim hacim kütlesi

tayin edilir. Deney düzgün geometrik şekilli olan veya olmayan deney numunelerinin

kullanılması haline göre iki ayrı şekilde uygulanır. Düzgün olarak küp, dikdörtgenler

prizması veya silindir biçiminde hazırlanan deney numunelerinde hacim kütlesi

tayini yapılır. Deney numunelerinin hacimleri, boyutlarından hesaplanarak bulunur

(TS 699, 1987). Tabii yapı taşının hacim kütlesi, eşitlik 4.1 ile hesaplanır.

VGd kh = (4.1)

Burada;

dh = Taşın hacim kütlesi (g/cm3),

Gk= Değişmez kütleye kadar kurutulmuş deney numunesinin kütlesi (g),

V= Deney numunesinin hacmi (cm3),

4.3.3.2. Su Emme Oranı

Deney düzgün geometrik şekilli olan veya olmayan en az üç deney numunesi

üzerinde yapılır. Yapılan inceleme için düzgün geometrik şekilli olmayan dört adet

deney numunesi hazırlanmaktadır. Deney TS 699 (1987)’a uygun olarak


33

yapılmaktadır. Taşın kütlece su emme oranı eşitlik 4.2 ile hesaplanmakta, taşın

hacimce su emme oranı ise eşitlik 4. 3 ile hesaplanmaktadır.

0x10G

GGSk

kdk

−= (4.2)

x100GGGGS

dsd

kdh −

−= (4.3)

Sk = Taşın kütlece su emme oranı (m/m, %),

Sh = Taşın hacimce su emme oranı (v/v, %),

Gd = Taşın doygun haldeki kütlesi (g),

Gk = Değişmez kütleye kadar kurutulmuş taşın kütlesi (g),

Gds = Doygun haldeki taşın su içindeki kütlesi (g).

4.3.3.3. Görünür Porozite

Taşın porozitesi TS 699 (1987)’a uygun olarak yapılmakta ve eşitlik 4.4’e

göre hesaplanmaktadır.

x100dd1P

ö

h

−= (4.4)

P= (1-k).100

P= Taşın porozitesi (%),

dh= Taşın hacim kütlesi (g/cm3),

do= Taşın özgül kütlesi (g/cm3),

k= dh/do (doluluk oranı)’dır.

4.3.4. Mekanik Özellikler

Karot alma işlemi, arazi çalışmaları süresince temin edilen çeşitli

büyüklüklerde blok ve moloz kireçtaşı örnekleri üzerinde gerçekleştirilmiştir.

Karotlar BX (4,20 cm) olmak üzere alınmıştır. Alınan karotlar üzerinde yapılan


34

deneylerin doğru sonuç verebilmesi için karotlar kontrol edilmiş, üzerinde herhangi

bir çatlak veya süreksizlik bulunduranlar deney sırasında kullanılmamıştır. Karot

alma ve düzeltme işlemi TS 8614 standartına uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Karot

alınırken kireçtaşı bloklarının bir kısmında 4,2 cm’lik çapa karşılık gelen karot

yüksekliği (8,4 cm) örnek alınırken karot örneklerinin kırılması ya da kesme

makinesinde düzeltme yapılırken kırılması nedeni ile elde edilememiştir (Şekil 4.6).

Bu nedenle, karot örnekleri tam randımanlı olarak istenilen sayıda alınamamış; tek

eksenli basma direnci değerleri nokta yük dayanımı da yapılarak desteklenmek

durumunda kalınmıştır.

Şekil 4.6. Kireçtaşı örneklerinin deneyler için hazırlanması

4.3.4.1. Tek Eksenli Basma Dayanımı

Basma dayanımı, üzerine uygulanan basma yüklerine karşı kayaların

kırılmadan önceki dayanma yeteneği olarak tanımlanmaktadır. Deney


35

TS 699 (1987)’da belirtildiği gibi yapılmaktadır (Şekil 4.7). Tek eksenli basma

dayanımı değeri eşitlik 4.5 ile hesaplanmaktadır.

APσb = (4.5)

σb: Taşın basınç mukavemeti (kgf/cm2)

P: Kırılmaya sebep olan en büyük yük (kgf),

A: Taşın yük uygulanan yüzünün alanı (cm2).

4.3.4.2. Nokta Yük Dayanımı

Bu deney kayaçların dayanımlarına göre sınıflandırılmasında kullanılan nokta

yük dayanım indeksinin saptanması amacıyla yapılır. Nokta yükü dayanım indeksi

tek eksenli sıkışma ve çekilme dayanımı gibi diğer dayanım parametrelerinin dolaylı

olarak belirlenmesinde de kullanılır. Bu deney için silindirik karot örneklerinin yanı

sıra, blok ve düzensiz şekilli örnekler de kullanılabilir. Deney TS 699 (1987)’da

belirtildiği gibi yapılmaktadır (Şekil 4.8). Nokta yük dayanımı eşitlik 4.6 ve 4.7

kullanılarak hesaplanmaktadır.

2e

s DPI = (4.6)

0,45e

50D

F

= (4.7)

Is(50) = F x Is

De = Eşdeğer çap (mm),

P= Yenilme yükü (kN),

F= Boyut düzeltme faktörü,

Is =Düzeltilmemiş nokta yük dayanımı (MPa),

Is(50) = Düzeltilmiş nokta yük dayanım indeksi (MPa).


36

Şekil 4.7. Basınç mukavemeti deneyi için kullanılan ekipman

Şekil 4.8. Nokta yük deneyi


37

4.3.4.3. Eğilme Dayanımı Eğilme dayanımı, standart boyutlardaki mermerlerin belirli doğrultuda

kırılmaya karşı gösterdiği dirençtir. Eğilme dayanımının belirlenmesi için mermer

bloklarının tabakalaşma (şistozite düzlemleri) yönü dikkate alınarak

50x100x200 mm boyutlarında numunelerden en az 5 adet hazırlanmaktadır (TS 699,

1987). Şekil 4.9’da eğilme dayanım deneyi için kullanılan ekipman verilmiştir.

Deney sırasında bulunan sonuçlar eşitlik 4.8’de yerine konarak eğilme dayanım

değeri hesaplanır.

Şekil 4.9. Eğilme dayanımı deneyi

2eğ bh2PL3

=σ (4.8)

σeğ: Mermerin eğilme dayanımı (kg/cm2),

P: Kırılmaya neden olan en büyük yük (kg),

L: Deney numunesinin mesnetler arasındaki mesafesi (cm),

b: Deney numunesinin genişliği (cm),

h: Deney numunesinin kalınlığı (cm).


38

4.3.4.4. Aşınma (Böhme) Dayanımı

Deney TS 699 (1987)’de belirtildiği şekilde yapılır (Şekil 4.10). Sürtünme ile

aşınma kaybı deneyi en az 5 adet küp deney numunesi (71x71x71 mm) üzerinde

yapılır ve deney sonunda deney numunelerinin kalınlıklarında veya hacimlerinde

meydana gelen azalmanın ölçülmesiyle belirlenir. Aşınma kaybı, kalınlık azalması

cinsinden belirtilecek ise eşitlik 4.9 veya eşitlik 4.10 cinsinden hesaplanır ve bulunan

sonuçlar 0,01 cm3/50 cm2’ye yuvarlatılarak belirtilir. Aşınma kaybı hacim azalması

cinsinden belirtilecek ise; eşitlik 4.11 veya eşitlik 4.12 cinsinden hesaplanır ve

bulunan sonuçlar 0,01 cm3/50 cm2’ye yuvarlatılarak belirtilir.

Şekil 4.10. Sürtünme ile aşınma kaybı (böhme) deneyi

d = d0–d1 (4.9)

AVVΔ 10d

−= (4.10)

ΔV= (d0-d1)50 (4.11)

x50A

VVΔV 10

−= (4.12)


39

Δd= Taşın Böhme yüzey aşınma kaybı değeri (cm/50 cm2),

d0 = Taşın deneyden önceki ortalama kalınlığı (cm),

d1 = Taşın deneyden sonraki ortalama kalınlığı (cm),

V = Taşın Böhme yüzey aşınma kaybı değeri (cm3/50 cm2),

V0 = Taşın deneyden deneyden önceki hacmi (cm3),

V1 = Taşın deneyden sonraki hacmi (cm3),

A = Taşın aşınmaya uygulanan yüzünün alanı (cm2).

4.3.4.5. Los Angeles Aşınma Dayanımı

Kaya numunelerinin aşınma kaybı TSE 3694 “Beton Agregalarında

Aşınm

Çukurova Ünİversİtesİ fen bİlİmlerİ enstİtÜsÜ ...göre ince kristalli olduğunu, birim...

Documents